Автомобиль по магнитному полю

Петля гистерезиса

Петля гистерезиса (рис. «Петля гистерезиса для твердого феррита» ), показывающая зависимость между В и H, также как и между J и H, объясняется следующим образом: если материал находится в немагнитном состоянии (В = J = 0, H = 0), под действием магнитного поля H он намагничивается в соответствии с кривой (1). Когда при некоторой напряжен­ности магнитного поля все магнитные диполи переориентируются, J достигает состояния по­ляризованности насыщения J_s (в зависимости от материала), которая не может больше повы­шаться. Если H уменьшается, J уменьшается в соответствии с кривой (2), которая уже не проходит через нулевую точку при Н = 0, а пересекает ось В или J в точке остаточного магнетизма В_r или J_r (в этом случае B_r = J_r). Индукция и поляризованность падают до нуля при обратном направлении поля только при достижении напряженности магнитного поля значения H_сВ или H_cj. Эта напряженность поля называется коэрцитивной силой. При дальнейшем повышении напряженно­сти поля достигается насыщение поляризации в противоположном направлении. Если напря­женность поля снова снижается и поле меняет направление, то симметрично отрезку кривой (2) проходит отрезок кривой (3).

Важнейшими параметрами петли гистере­зиса являются:

• Поляризованность насыщения J_s;
• Остаточная магнитная индукция В_r (остаточ­ная индукция для H = 0);
• Коэрцитивная сила H_сВ (размагничивающая напряженность поля при В = 0);
• Коэрцитивная сила H_cj (размагничиваю­щая напряженность поля при J = 0, имеет значение только для магнитотвердых ма­териалов);
• Граничная напряженность поля H_G (до этой напряженности магнитотвердые материалы остаются стабильными);
• Максимальная магнитная проницаемость ртах (максимальный подъем кривой перво­начального намагничивания, имеет значе­ние только для магнитомягких материалов);
• Потери гистерезиса (потери энергии в ма­териале в течение одного цикла перемагничивания, соответствуют площади петли гистерезиса В-Н, имеет значение только для магнитомягких материалов).

Ферромагнитные материалы

Ферромагнитные материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Необхо­димо подчеркнуть, что воздействию коэрци­тивной силы подвергаются каждые восемь из десяти таких материалов.

Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы имеют высокую коэрцитивную силу. Ее значения находятся в области:

H_cj > 1 кA/м

Вместе с этим может возникнуть большое раз­магничивающее поле H, из-за которого мате­риал теряет свою магнитную поляризацию. Маг­нитное состояние и рабочая область постоянного магнита лежат во втором квадранте петли гисте­резиса на кривой размагничивания. На практике рабочая точка постоянного магнита никогда не лежит в точке остаточного магнетизма, так как из-за саморазмагничивания магнит всегда ис­пользуется в размагничивающем поле, которое сдвигает рабочую точку во второй квадрант.

Точка на кривой размагничивания, в которой произведение В·Н достигает максимального значения (В·Н)_maх, характеризует максимально достижимую энергию в воздушном зазоре. Эта величина, в дополнение к остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силе, имеет важное зна­чение для характеристики постоянных магнитов. Важнейшими магнитотвердыми материалами для промышленного применения являются магниты, состоящие из AINiCo, феррита, FeNdB (REFe) и SeCo; их кривые размагничивания (рис. «Кривые размагничивания для различных магнитотвердых материалов» ) демонстрируют типичные характери­стики для отдельных типов магнитов.

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы имеют низкую ко­эрцитивную силу:

и узкую петлю гистерезиса. Магнитная индук­ция принимает высокие значения (большие значения μ_r) уже при небольших величинах напряженности поля, так что обычно J >>μ_r·Н, то есть практически нет необходимости делать различие между кривыми В(Н) и J(H).

Магнитомягкие материалы, из-за высокой индукции при низкой напряженности магнит­ного поля, применяются в качестве магнито- проводов. Так как эти материалы показывают низкие потери при перемагничивании (потери на гистерезис), они, имея низкую коэрцитив­ную силу, отлично подходят для применения в переменных магнитных полях.

Характеристики мягкомагнитных материа­лов существенно зависят от их предваритель­ной обработки. Механическая обработка повы­шает коэрцитивную силу, а петля гистерезиса становится шире. Во избежание этого при­меняется специальный отжиг материала при высоких температурах (магнитный финальный отжиг). На рис. «Кривые намагничивания для магнитомягких материалов» представлены кривые на­магничивания, выражающие зависимость В-Н, для нескольких важных магнитомягких материалов.

Потери на перемагничивание

В таблице «Потери на перемагничивание» даны потери на перемагничива­ние Р1 и Р1,5 для индукции в 1 и 1,5 Тл при частоте 50 Гц и температуре 20 °С.

Эти потери состоят из потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов. Потери от вихревых токов вы­зываются напряжением, которое индуцируется в сердечнике при изменении магнитного по­тока. Уменьшение потерь от вихревых токов и снижение электрической проводимости могут быть выполнены за счет применения:

• Сердечника из листа;
• Легированных материалов (например, фер­росилиция);
• Разделения на гранулированные частицы (порошок) в области высоких частот;
• Керамических материалов (феррита).

Магнитное поле и электрический ток

Магнитное поле создается движущимся элек­трическим зарядом, то есть оно образуется вокруг проводника с электрическим током. Направление электрического тока (⊗ — ток течет в страницу, О — ток течет от страницы) и направление магнитной силовой линии под­чиняются правилу буравчика правого винта. В таблице «Напряженность магнитного поля для различного расположения проводников» приведены данные напряженности магнитного поля при различном расположении проводников.

В магнитном поле с индукцией В на провод длиной l с проходящим по нему электрическим током I действует сила F. Если провод и поле находятся под углом а друг к другу, сила равна:

Направление этой силы можно определить с помощью правила правой руки (рис. «Правило правой руки» ): если большой палец расположить по направлению силы тока, указательный палец — по направ­лению магнитного поля, то средний палец по­кажет направление силы.

Закон электромагнитной индукции

Любое изменение магнитного потока Ф, пере­секающего петлевой проводник, например, при движении петли или при изменении силы поля, индуцирует в петлевом проводнике на­пряжение U_I. Также напряжение U_I, индуцируется в проводнике, движущемся в магнитном поле в направлении v (рис. «Индукция, вызываемая движением» ):

В — магнитная индукция;

l — длина проводника;

Для двигателя постоянного тока:

U_I — индуцируемое напряжение, В;

Ф — магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, Вб;

z — число проводников на поверхности якоря;

а — половинное число параллельных ветвей обмотки;

п — частота вращения, мин -1 .

Для двигателя переменного тока:

UI — эффективное значение индуцируемого напряжения, В;

Ф — магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, Вб;

р — число полюсов;

п — частота вращения, мин -1 ;

z — число проводников на поверхности якоря.

Для трансформатора:

Ф — эффективное значение магнитного по­тока Ф(t), Вб;

w₁, w₂ — число витков соответственных об­моток, пересекаемых магнитным потоком Ф.

В зависимости от времени поток Ф(t) пред­ставляет собой результат наложения значений силы тока i₁(t) и i₂(t):

A_L называют AL-параметром — он зависит от конструкции трансформатора.

Выходное напряжение U на зажимах меньше (для генератора) и больше (для двигателя), чем U_I, — за счет омических потерь напряжения в обмотках (примерно 5 %).

Самоиндукция

Магнитное поле проводника или обмотки ме­няется при изменении протекающего по ним электрического тока. За счет этого в прово­днике индуцируется напряжение, пропорцио­нальное изменению электрического тока:

Индуктивность L зависит от магнитной про­ницаемости μ_r, которая для большинства ма­териалов практически равна 1 и постоянна. Исключение составляют ферромагнетики. Поэтому для обмоток с ферромагнитным сер­дечником L в значительной степени зависит от условий работы. В таблице «Индуктивность для различного расположения проводников» приведены значения индуктивности L для проводников различного расположения.

При низких частотах индуктивность прово­дников увеличивается за счет внутренней ин­дуктивности L_I проводов. Для круглых кабелей:

Двухжильные кабели, состоящие из двух кру­глых проводов, имеют двойное значение вну­тренней индуктивности (2 L_I) на единицу длины l.

Индуктивность катушек, соединенных после­довательно и параллельно, равна:

L_total = L₁ + L₂(последовательное соединение, рис. а, «Соединение катушек индуктивности» );

1/L_total = 1/L₁ + 1/L₂ (параллельное соединение, рис. Ь, «Соединение катушек индуктивности» ).

Энергия магнитного поля для катушки с ин­дуктивностью L, по которой проходит элек­трический ток I, равна:

(L постоянна во времени):

• постоянный электрический ток I: —> напряжение U= 0;

• начальный электрический ток I₀, напряже­ние постоянного тока U: —> сила тока I =I₀ + Ut,
• синусоидальный электрический ток I = î·sin (ωt): —> косинусоидальное напряжение U=ω Lî cos(ωt), U=ω L î sin(ωt + π/2),

ω=2πf- угловая частота;

î — амплитуда силы тока;

Часто также используются эффективные зна­чения u_eff = û/√2 и i_eff = î/√2.

При протекании через катушку индуктивности переменного (гармонического) электрического тока векторы напряжения и электрического тока сдвинуты на угол ω = +π/2. Это свойство иллюстрирует векторная диаграмма (рис. «Векторная диаграмма катушки индуктивности» ).

Особый случай возникает, когда катушка ин­дуктивности подключается к сопротивлению, установленному со стороны источника напря­жения постоянного тока U₀, или отключается от сопротивления. Решающим фактором на­растания или падения электрического тока в цепи является постоянная времени τ = L/R.

При подключении катушки (рис. «Подключение катушки индуктивности» ):

U= U₀e -е/τ

I=U₀ /R(1-e -е/τ )

При отключении катушки:

U = I₀R·e -е/τ

I- сила тока, протекающего по катушке;

_{I 0} — сила тока, протекающего по катушке, при отключении;

R — сопротивление резистора, последова­тельно соединенного с катушкой;

Электрический ток при подключении и отклю­чении катушки протекает по ней в противопо­ложных направлениях.

Магнитная цепь

В дополнение к уравнениям существуют за­коны расчета магнитных цепей:

• Закон Ампера (закон полного электрического тока)

для магнитной цепи действует следующее равенство:

Iw = Θ — магнитодвижущая сила (алгебраическая сумма ампер-витков);

H_I·L_I = V_I — разность магнитных потенциалов (H_I·L_I служит для расчета компонентов цепи, при котором H_I, является постоянной).

• Закон непрерывности (принцип непрерыв­ности магнитного потока)

Магнитный поток Ф = В·А состоит из потоков на отдельных участках магнитной цепи.

Ф = const, для всех участков цепи, А — пло­щадь поперечного сечения соответствующего участка.

Магнитный поток, проходящий через участок цепи, можно разбить на частные потоки Ф₁,Ф₂…, сумма которых в любом случае будет равна постоянному значению общего потока Ф.

Качество магнитных цепей определяется замыканием магнитного потока при его про­хождении через рабочий воздушный зазор, имеющийся в цепи. Этот поток называется рабочим. Поток рассеяния, замыкаемый вне того места, где используется рабочий поток, представляет собой разность между общим и рабочим потоками. Отношение потока рас­сеяния к суммарному потоку (для постоянного магнита или электромагнита) называется ко­эффициентом рассеяния σ (практическая ве­личина σ находится в диапазоне от 0,2 до 0,9).

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий Отменить ответ

Главы

• Энциклопедия техники (19)
• История автомобилестроения (20)
• Полезные советы (3)
• Действующие единицы (1)
• Законы физики в автомобиле (15)
• Математическое моделирование в автомобилестроении (3)
• Материалы в автомобилестроении (10)
• Рабочие жидкости (5)
• Детали машин (6)
• Способы соединения деталей (8)
• Физика автомобиля (10)
• Двигатели внутреннего сгорания (23)
• Диагностика двигателя (8)
• Нормы контроля и диагностики токсичности отработавших газов (17)
• Системы управления бензиновыми двигателями (11)
• Работа двигателя на альтернативных видах топлива (2)
• Системы управления дизельными двигателями (9)
• Альтернативные виды приводов (3)
• Трансмиссия (47)
• Системы шасси (18)
• Управление шасси и активная безопасность (6)
• Автомобильные кузова (10)
• Пассивная безопасность автомобиля (1)
• Системы охраны автомобилей (1)
• Охранные автомобильные системы (1)
• Автомобильное электрооборудование (11)
• Свечи зажигания (6)
• Автомобильная электроника (21)
• Системы комфорта и удобства (2)
• Пользовательские интерфейсы (3)
• Системы повышения безопасности дорожного движения (7)

О справочнике

За последние время автомобилестроение превратилось в чрезвычайно сложную отрасль. Все труднее и труднее становится представить всю отрасль в целом, и еще сложнее постоянно следить за направлениями, которые важны для автомобилестроения. Многие из этих направлений подробно описаны в специальной литературе. Тем не менее, для тех, кто впервые сталкивается с данными темами, имеющаяся специальная литература не представляется легкой и тяжело усваивается в ограниченные сроки. В этой связи этот «Автомобильный справочник» будет очень кстати. Он структурирован таким образом, чтобы быть понятным даже для тех читателей, которые впервые встречаются с каким-либо разделом. Наиболее важные темы, относящиеся к автомобилестроению, собраны в компактном, простом для понимания и удобном с практической точки зрения виде.

Источник статьи: http://press.ocenin.ru/magnitnoe-pole-v-avtomobile/